6- Considere a molécula de metano (
), que é conhecida por sua geometria tetraédrica. Se substituirmos um átomo de hidrogênio por um grupo metil (
), formando assim a molécula de etano (
).
Como isso afetaria a geometria de átomos da nova molécula em comparação com a molécula do metano? Justifique sua resposta considerando a teoria da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência (VSEPR).
Como isso afetaria a geometria de átomos da nova molécula em comparação com a molécula do metano? Justifique sua resposta considerando a teoria da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência (VSEPR).
Passo 1
O enunciado pede que eu compare a geometria dos átomos na molécula de
(metano) com a geometria dos átomos na molécula de
(etano), quando um H do metano é substituído por um grupo metil
. Informações dadas (diretas do enunciado):
- A molécula de partida é
, com geometria tetraédrica conhecida. - Substituição de um átomo de hidrogênio por um grupo metil gera
.
O que é pedido: - Dizer como essa substituição afeta a geometria dos átomos na nova molécula em comparação com o metano, justificando com base na teoria VSEPR (repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência).
Passo 2
Relembrando, de maneira simples e prática, o que diz a teoria VSEPR (a “aula rápida” que você pediu):
- VSEPR significa que os pares de elétrons (pares de ligação e pares isolados) ao redor de um átomo central repelem-se e se organizam para minimizar essas repulsões.
- Cada região de densidade eletrônica (ou “domínio”) — por exemplo, uma ligação simples
, uma ligação dupla/tripla (contadas como uma região) ou um par isolado — conta como um domínio que ocupa espaço ao redor do átomo. - A geometria é determinada pelo número de domínios: 4 domínios → geometria tetraédrica (ângulos ideais
); 3 domínios → trigonal planar ( ); 2 domínios → linear ( ), e por aí vai. - Importante: VSEPR considera domínios eletrônicos, não o “tamanho” do átomo ligado. Então uma ligação C–H e uma ligação C–C entram, cada uma, como um domínio de ligação.
Passo 3
Aplicando VSEPR ao metano
:
- O carbono central tem quatro ligações simples
. Cada ligação é uma região de densidade eletrônica. - Portanto o carbono tem quatro domínios. VSEPR prevê geometria tetraédrica para quatro domínios.
- Conclusão: em
o arranjo é tetraédrico com ângulos aproximadamente ).
Passo 4
Agora, conte os domínios eletrônicos no átomo de carbono quando formamos etano
:
- Em etano cada carbono está ligado a três hidrogênios e ao outro carbono por uma ligação simples
. - Para um dos carbonos, as ligações são:
. Isso dá exatamente quatro domínios de ligação ao redor desse carbono. - Pelo mesmo raciocínio, o outro carbono também tem quatro domínios (três
+ uma ). - Pela regra VSEPR: quatro domínios → geometria tetraédrica em cada átomo de carbono.
Passo 5
Interpretação clara e direta para a prova (a parte que vale pontos):
- A substituição de um H por um grupo
não muda o número de domínios eletrônicos no átomo de carbono que passou a ligar ao grupo: continua havendo quatro ligações simples (quatro domínios). - Logo, a geometria local ao redor de cada carbono permanece essencialmente tetraédrica (mesma classe geométrica do metano).
- Em linguagem curta para responder: “Permanece tetraédrica, pois cada carbono tem quatro regiões de densidade eletrônica.”
Passo 6
O quê pode mudar, apesar da geometria permanecer tetraédrica (coisa importante para responder se o examinador quiser detalhes):
- Tamanho e eletronegatividade do substituinte afetam detalhes finos: um grupo
é maior (mais volumoso) que um , então pode haver pequenas distorções angulares por efeitos estéricos (empurra levemente ligações próximas para reduzir sobreposição espacial). Também pode haver pequenas alterações por diferenças na distribuição eletrônica (hiperconjugação, doação eletrônica), que ajustam comprimentos de ligação e densidade eletrônica das ligações. - Essas mudanças são pequenas: a “classe” da geometria (tetraédrica) não muda, apenas os ângulos e comprimentos se afastam um pouco do ideal ).
- Além disso, em etano aparece comportamento conformacional (rotações em torno da ligação
— conformações escalonada vs eclipsada) que afeta energias e posições relativas dos átomos H/CH3, mas não altera o fato de que cada carbono é tetraédrico localmente.
Passo 7
Dicas rápidas de prova — como escrever isso de modo objetivo:
- Diga primeiro a conclusão curta: “permanece tetraédrica”.
- Justifique com VSEPR contando domínios: “cada carbono tem quatro domínios (três
e um ), logo geometria tetraédrica.” - Se quiser pontos extras, mencione que o grupo
é maior que H e pode causar pequenas distorções angulares e conformacionais, mas não altera a geometria básica.
Resposta
A geometria ao redor de cada átomo de carbono em
permanece aproximadamente tetraédrica (ângulos perto de
), porque cada carbono tem quatro regiões de densidade eletrônica (três ligações
e uma ligação
), conforme prevê a teoria VSEPR. Pequenas distorções angulares podem ocorrer devido ao maior volume e efeitos estéricos do grupo
e à conformação rotações em torno da ligação
, mas a geometria local continua tetraédrica.